[原创]对微波通信几点认识

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导读:使用波长为1~0.1m(频率为0.3~3GHz)的电磁波进行的通信。包括地面微波接力通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波频段的移动通信。 微波通信(Microwave Communication),是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。 中国微波通信广泛应
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使用波长为1~0.1m(频率为0.3~3GHz)的电磁波进行的通信。包括地面微波接力通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波频段的移动通信。

微波通信(Microwave Communication),是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离,因此是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。

中国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段,K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高,波长又很短,其在空中的传播特性与光波相近,也就是直线前进,遇到阻挡就被反射或被阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。

一般说来,由于地球幽面的影响以及空间传输的损耗,每隔50公里左右,就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。这种通信方式,也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。

发展简史

中国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段,K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高,波长又很短,其在空中的传播特性与光波相近,也就是直线前进,遇到阻挡就被反射或被阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。

主要设备

一般说来,由于地球幽面的影响以及空间传输的损耗,每隔50公里左右,就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。这种通信方式,也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰,中国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作,也可以八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信,可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群,进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路,并经过数字调制器调制于发射机上,在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列(SDH)完全一致,称为SDH微波。这种微波设备在一条电路上,八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路(2.4Gbit/s)。千公里仍可保持很高的通信质量。

业务种类

微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务的传送,如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。

主要特点

微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送,易受干扰,在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向,因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性,在电波波束方向上,不能有高楼阻挡,因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划,使之不受高楼的阻隔而影响通信

特征

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。 一、穿透性 微波比其它用于辐射加热的电磁波,如红外线、远红外线等波长短,因此具有更好的穿透性。微波透入介质时,由于介质损耗引起的介质温度的升高,使介质材料内部、外部几乎同时加热升温,形成体热源状态,大大缩短了常规加热中的热传导时间,且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时,物料内外加热均匀一致。 二、选择性加热 物质吸收微波的能力,主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强,相反,介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异,微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同,产生的热效果也不同。水分子属极性分子,介电常数较大,其介质损耗因数也很大,对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小,其对微波的吸收能力比水小得多。因此,对于食品来说,含水量的多少对微波加热效果影响很大。 三、热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温,能耗也很低。另一方面,微波的输出功率随时可调,介质温升可无惰性的随之改变,不存在“余热”现象,极有利于自动控制和连续化生产的需要。

发展概况

中国开发成功点对多点微波通信系统,其中心站采用全向天线向四周发射,在周围50公里以内,可以有多个点放置用户站,从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。其总体容量有100线、500线和1000线等不同的容量的设备,每个用户站可以分配十几或数十个电话用户,在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用,较为经济。 微波通信还有“对流层散射通信”、“流星余迹通信”等,是利用高层大气的不均匀性或流星的余迹对电波的散射作用而达到超过视距的通信,这些系统,在中国应用较少。

原理

1、微波同光波一样,是直线传播的,要求两个通信地点(两个微波站)之间没有阻挡,信号才能传到对方,即所谓的视距传播。在微波的频段使用方面,各国的微波设备往往首先使用4GHz频段。目前各国的通信设备已使用到2、4、5、6、7、8、11、15、20GHz等各频段。我国的数字微波通信已有2、4、6、7、8、11GHz各频段的设备。频率低,其电波传播较稳定,但其设备及元器件的尺寸也较大,当天线口径一定时,微波频率越低,天线增益也越低。对微波频率的选取要遵照CCIR的建议和各国无线电管理委员会的规定,经申请后得到批准才行。 2、就微波通信的性能而论,数字微波通信的特点可概括为微波、多路、接力六个字。 3、“微波”指通信频率是微波频段,又包括分米波、厘米波和毫米波。微波频段宽度是长波、中波、短波及特高频几个频段总和的l000倍。微波频率不受天电干扰和工业干扰及太阳黑子变化的影响,通信的可靠性较高。还因微波频率高,所以其天线尺寸较小,往往做成面式天线,其天线增益较高、方向性很强。 4、“多路”指微波通信不但总的频段宽,传输容量大,而且其通信设备的通频带也可以做得很宽。例如,一个4000MHz的设备,其通频带按l%估算,可达40MHz。模拟微波的960路电话总频谱约为4MHz带宽。可见,一套微波收发信设备可传输的话路数是相当多的。因数字信号占用带宽较宽,所以数字微波通信设备在选择适当的调制方式后,可传输的话路容量仍然是相当多的。 5、“接力”因微波频段的电磁波在视距范围内是沿直线传播的,通信距离一般为40~50km。考虑到地球表面的弯曲,在进行长距离通信时,就必须采用接力的传播方式,发端信号经若干中间站多次转发,才能到达收端。

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